国产航空发动机取得重大进步，但我们仍然落后先进国家多年

近日，中国航空发动机集团发布了一则好消息：我国自主研制的AES100先进民用涡轴发动机结冰适航试验圆满完成，标志着涡轴发动机技术取得重大进步。

AES100主要用于民用直升机，结冰试验就是模拟恶劣天气，试验发动机的安全性和可靠性。

按照计划，AES100将在2024年取得中国民航适航证，进入应用阶段，满足民用直升机、无人机等多种机型动力需求。

在高兴之余，也要泼点凉水。虽然我们在飞机发动机领域有了长足的进步，但是仍然只相当于美国30年前的水平。

但凡我们聊起国产飞机，就要说国产发动机，一提到发动机，大家心里想的就是咱们不行，落后美国多少多少年，并且大家普遍认为就是落后30年。

今天，我们就来聊一聊国产发动机，究竟什么水平，能否有一战之力？

航空发动机工作原理

发动机也被人们称为工业皇冠上的明珠，和光刻机同一级别，也是我们尚未攻克的十几项关键技术之一。

发动机1937年诞生，已经接近100年历史了，但是它的工作原理基本没变。

发动机核心主要有三部分：压气机、燃烧室和涡轮。

工作时，电动机带动进气叶片转动，将外部空气吸入压缩，被压缩的空气再进入燃烧室与喷出的燃料混合燃烧，由此产生推力。

如果到此结束的话，那只能叫涡喷发动机，这种发动机油耗大、效率低、根本不实用。

怎么办呢？在后面加一个涡轮和一根传动轴，涡轮旋转带动风扇、低压区转子、高压区转子转动，把空气进一步压缩至发动机，再和燃料混合燃烧，从而产生更大的推力。

这就是涡扇发动机。

涡扇发动机最大的特点就是它拥有两个涵道，发动机吸进来的空气流过内圈叫内涵道，流过外圈叫外涵道。

这里有一个专业名词叫“涵道比”，也就是外涵道和内涵道空气流量的比值。

根据涵道比值不同，分为小涵道比发动机和大涵道比发动机。小涵道发动机和大涵道涡扇最直观的区别，就是一个粗一个细。

小涵道比发动机的加速性好，也更灵活，适合军用，特别是战斗机，但耗油率比较高。而且也不适合高空使用。因为高空空气稀薄，风扇气动效率大幅降低

大涵道比发动机，风扇直径大，燃气用于风扇做功的能量越多，发动机热效率高，表现为越推力大、省油，非常适合于民航客机。

当然你也可以把风扇换成旋翼，做成直升机的涡轮轴发动机；换成桨叶，做成轮船使用的螺旋桨发动机。

总之，你掌握了核心机，就可以改进出各种用途的发动机。

航空发动机的难点

全世界只有美国、俄罗斯、英国、法国等少数几个国家能够独立研制高性能航空发动机，航发的技术门槛非常高。主要体现在以下几个方面：

1、需要非常高的安全性和可靠性；民用航空发动机需要稳定工作3万小时，未来要求达到10万小时；

为了保证安全可靠性，要做两个试验，即抛鸟实验和吞冰试验。

向发动机抛入小鸟，同时确保发动机正常工作。吞冰实验，1分钟内，把1吨冰块打入发动机，要求发动机完好无损。

2、极高的转速，承受巨大的离心力；

发动机工作时转速每分钟达到15000—16000转，发动机上的每个叶片承受了自身重量1万倍的离心力，大约15吨，相当于挂着几台汽车。

3、苛刻的材料要求；

军用航空发动机燃烧室温度高达1700℃，民用发动机达到了1500℃，这种情况下，金属已经是熔融状态的了，但是还要确保正常工作。

可以想象对材料要求是多么的苛刻。

4、17级风速下，火焰稳定燃烧。

飞机在飞行状态下，发动机把风吹进来，相当于17级的风速，这时候要求火焰稳定燃烧，不能熄灭，也不能偏转，否则就会造成发动机熄火、燃烧。这对空气动力学要求非常高。

国产发动机究竟什么水平呢？

小涵道比发动机世界领先

我们对比国产WS-15与美国的F-119

我们来看数据，F-135发动机比WS-15发动机推力大，所以美国的F-135发动机更先进，事实真的如此吗？

我们对比国产WS-15和美国的F-119，WS-15涵道比为0.25，直径对应的是1.02米，但是最大推力达到了18.5吨；

而F-119涵道比为0.3，对应的直径为1.13米，但是最大推力仅为15.9吨，这是改装后的，它提高了涵道比，降低了飞行极限速度，才将推力提升至15.9吨，仍然比不上我们WS-15。

而美国的F-135发动机，涵道比竟然达到了0.57，什么概念？通过降低飞机的飞行速度，来提升最大推力。

把飞行速度降低到了1.6马赫，也就是1.6倍音速，才将最大推力提升至19.5吨。

而我们的歼20搭载WS-15，飞行速度达到了2.8马赫，速度非常快、远超美国的F-35战斗机。

要知道，飞行速度提升一倍，产生的空气阻力要提升4倍，飞机表面温度提升10倍，可以想象提升飞行速度，需要付出的代价是什么？是飞机整体材料性能的提升。

我们从数据中发现，WS-15发动机直径更小、涵道比更小，但是它的空气流量竟然比F-119还要高，这意味着WS-15发动机转子叶片的转速更快。

叶片转动会产生离心力，速度越快离心力越大，对材料的要求就越高，这说明我们在发动机材料方面已经取得了重大突破，只是没有官宣而已。

可以肯定的说，小涵道发动机领域，我们已经做的非常好了，并且在很多领域实现了逆袭。

但是，在民用客机使用的大涵道发动机领域，我们依然落后。

我们的C919使用的发动机并不是国产的，而是由美国通用电气公司与法国赛峰集团合作研制的，双发涡扇中型CFM LEAP-1C发动机。

我国正在研制的国产大涵道比发动机为长江1000和长江2000，为C919和C929配套的发动机。

CJ1000还没有实现商用，但是和LEAP-1C相比的话还是有差距的。

推力落后：CJ1000的涵道比10.6：1，推力范围为11-13.5吨；LEAP-1C的涵道比为11:1，推力为12.4-13.5吨；

尺寸、气压比落后：CJ1000的风扇直径约为1.95m，长3.29米，22级压气机，总压比47:1；LEAP-1C长4.5米，风扇直径约1.98m，23级压气机，总压比50:1。

材料落后：CJ1000采用TC4钛合金材料一体成型浇注技术，LEAP-1C则使用三维编织树脂模型传递成型的风扇叶片，LEAP-1C材料技术更加先进。

LEAP-X发动机是2008年7月13日发布的，距今已经15年时间了，也就是说我们的国产发动机还达不到对手15年前的水平。

而F119发动机1990年6月才进行试飞实验，1991年开始批量生产，距今已经30多年。我们的WS-15也仅仅是超过了对手30年前的水平。

因此，很多网友总是说中国的发动机落后美国30年。

但是，我想告诉大家能够落后30年已经很不容易了，我们刚开始研发发动机时，工业水平落后100多年，短短几十年内把差距缩小至30年，这已经是了不起的成绩了。

同时，我们也发现，从1991年苏联解体后，美国成为了全球唯一的超级大国，美国在很多领域开始躺平了，其中就包括航空发动机领域。

30年来，欧美航空发动机并没有什么重大的升级，30年前的F119仍然位于发动机排行榜前三。

所以所谓的落后30年，充其量也就5—10年，只要我们保持目前的研发进度、用不了多久就会赶上欧美，并且最终实现逆袭超越。

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